HMGB1对子宫内膜异位症新生血管生成的潜在作用

吴锦杰，梁炎春，姚书忠



HMGB1对子宫内膜异位症新生血管生成的潜在作用

吴锦杰，梁炎春△，姚书忠△

【摘要】新生血管生成是子宫内膜异位症（EMs）的重要发病机制之一。异常的血管增生为异位内膜组织的生长、浸润和转移提供有利的条件。高迁移率族蛋白B1（HMGB1）除了介导炎症反应外，近年研究发现其也可促进多种肿瘤的新生血管生成。研究发现，EMs患者体内HMGB1的表达明显升高，提示HMGB1可能参与EMs的发病机制。HMGB1可直接作用于血管内皮细胞，或激活巨噬细胞上调核因子κB（NF-κB），促进血管内皮生长因子（VEGF）的合成和分泌，间接作用于内皮细胞，促进新生血管网的形成。此外，HMGB1还可通过上调成纤维细胞生长因子（FGF）的表达及提高整合素的活性和亲和力，促进内皮细胞的增殖和迁移；刺激血小板衍生生长因子（PDGF）的分泌，募集周细胞和平滑肌细胞，促进血管管状结构的形成；促进内皮细胞释放转录生长因子β（TGF-β），推动血管管状结构的成熟。综述HMGB1参与调节EMs中新生血管生成的潜在作用机制，可为EMs的治疗提供新的靶点。

【关键词】HMGB1蛋白质；子宫内膜异位症；新生血管化，病理性

作者单位：510089广州，中山大学中山医学院临床医学八年制2012级（吴锦杰）；中山大学附属第一医院妇产科（梁炎春，姚书忠）

△审校者

（J Int Obstet Gynecol，2016，43：194-198）

子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）是指正常的子宫内膜组织出现在子宫腔被覆黏膜以外的腔隙而发生的疾病。近年EMs的发病率呈明显的上升趋势，其临床表现主要包括痛经、性交痛、不孕、月经异常、非子宫部位异常出血等，其中育龄妇女的发病率为5%～15%［1］，严重影响患者的生活质量。对于EMs的发生机制，Sampson提出的经血逆流理论得到广泛接受。此外，还有上皮化生学说、在位内膜学说和免疫防御功能缺陷学说等多种学说［2］，但每种学说都有其局限性，其机制尚未完全阐明。血管的异常增生是EMs的重要发病机制之一。异位种植的子宫内膜具有类似恶性肿瘤细胞的侵袭性，其生长需要充足的血液供应，而血管网的建立为其生长、浸润和转移提供条件［3］。高迁移率族蛋白B1（high mobility group box 1 protein，HMGB1）是一种DNA结合蛋白，能通过复杂的信号转导通路，参与多种疾病的发生和发展。随着对HMGB1的深入研究，HMGB1除了可以促进炎症反应外，还可促进血管的生成［4］。研究发现HMGB1在EMs中表达明显升高，因此，HMGB1可能通过调节血管生成参与EMs的发病机制。就HMGB1 对EMs中新生血管生成的潜在作用进行综述。

1　HMGB1概况

1.1 HMGB1的基因定位与蛋白结构HMGB1是一种氨基酸序列高度保守的染色体结合蛋白，普遍存在于真核生物中。人类HMGB1的基因位于染色体13q12上，能编码具有215个氨基酸的蛋白质。HMGB1含有2个约由80个氨基酸残基组成的L型功能结构域，分别为HMG box A和HMG box B，此外羧基（C）末端还有一个酸性末尾［5］。其中HMG box A结构域氨基（N）末端含有一个肝素结合位点；HMG box B结构域的氨基末端有一个促炎症活性位点，羧基末端则有一个糖基化终产物受体（receptor for advanced glycation end products，RAGE）结合位点。

1.2HMGB1的释放HMGB1可通过有活性的巨噬细胞、单核细胞、自然杀伤（NK）细胞等释放到细胞外环境中，同时也可通过坏死、损伤细胞被动释放［6］。在体外培养的巨噬细胞中发现，受到脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）或者一些促炎症的细胞因子的刺激，HMGB1可从细胞核转运至细胞质中，最终释放到细胞外［7］。该研究还发现，LPS能促进HMGB1在细胞核内高度乙酰化，然后再转运至细胞质，释放到细胞外产生一系列的反应［7］。此外，当细胞膜上的整合素被破坏时，HMGB1能够被动地从坏死或损伤的细胞中释放出来，介导炎症反应［8］。

1.3HMGB1的生物学功能HMGB1是一种DNA结合蛋白，可以稳定染色体的结构，促进翻译进行。在细胞内，HMGB1的甲基化［9］、乙酰化［10］或磷酸化［11］，可调节基因的转录和翻译、染色体结构的稳定以及HMGB1的释放等过程。同时，HMGB1也是一种损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP），在细胞损伤时释放到细胞外，作为一种组织损伤的信号分子［12］。

细胞外的HMGB1可与细胞表面受体结合，通过细胞内的信号传导通路，诱导细胞因子的产生，介导血管生成和炎症过程。HMGB1的受体主要是RAGE和Toll样受体（toll like receptor，TLR）。RAGE是第1个被证明能与HMGB1结合的受体。研究发现，HMGB1与RAGE结合后，能通过Ras蛋白和细胞分裂周期蛋白42（Cdc42），激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK），激活p38，促进胞外信号调节激酶（extracellular signalregulated kinases 1/2，ERK1/2）磷酸化［13］，进而活化核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB），刺激血管生成因子的生成。HMGB1也可以与TLR受体家族结合，主要有TLR2、TLR4与TLR9。其中HMGB1与TLR2/4结合后也可上调NF-κB表达水平［14］。TLR受体家族能激活髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）、白细胞介素1受体相关激酶（interleukin-1 receptor-associated kinase，IRAK）、肿瘤坏死因子受体相关因子（TNF receptorassociated factor，TRAF）等信号分子［15］，通过MAPK信号通路，最终作用于NF-κB，诱导p50、p65等基因的表达，上调HMGB1及其受体的功能，促进血管生成相关因子的生成。

2　HMGB1与EMs新生血管生成的关系

EMs是指子宫内膜腺体和间质出现于子宫内膜以外的部位，形成异位内膜。EMs作为一种良性疾病，但却具有恶性肿瘤的侵袭行为。异位内膜的侵袭转移是一个多因素参与的复杂过程，主要包括3个阶段，即：黏附、血管生成和种植。经过黏附和降解过程，子宫内膜才可异位种植，但要长期生长，必须建立自己的血管网。近年随着HMGB1研究的深入，发现HMGB1不仅是促炎症因子，还是一种促血管生成因子。HMGB1能参与肿瘤新生血管生成的过程，参与介导肿瘤的侵袭转移。血管生成主要有3个过程，分别是新生血管萌芽、血管内皮细胞的增殖和迁移以及血管管状结构的成熟［16］。HMGB1可调控这3个过程而参与EMs的新生血管生成过程。

2.1 EMs中HMGB1的表达有研究发现，与健康妇女的在位子宫内膜组织和血清相比，EMs患者在位子宫内膜组织及血清中HMGB1呈现异常升高状态，且与异常内膜组织的分裂增殖有关［17］。周美浓等［18］在卵巢异位子宫内膜、在位内膜和非EMs内膜的对比实验中发现，HMGB1在卵巢EMs的异位内膜中强表达，于在位内膜中较强表达。另有研究发现，EMs的严重程度与腹腔液中HMGB1的浓度呈正相关［19］。因此，HMGB1可能参与EMs的发生发展机制。

2.2HMGB1通过调节血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）参与EMs新生血管生成EMs的侵袭转移离不开血管网的形成，而在血管网的形成中，VEGF是必不可少的血管生成因子。VEGF能诱导血管扩张，增加内皮细胞的通透性，从而使血浆蛋白进入组织中形成一个暂时性的纤维蛋白网。同时VEGF可以诱导某些基因的表达，产生与细胞侵袭、组织重塑有关的蛋白酶和受体，参与新生血管的萌芽。其中，以VEGF-A的作用最为关键［20］。Kopuz等［21］发现，与接受非EMs良性卵巢囊肿手术的患者相比，EMs患者的腹腔异位内膜组织和腹腔液中VEGF-A的表达提高。此外，研究还证实EMs的严重程度与腹腔液中VEGF-A的浓度有着一定的关系［21］，程度越重，VEGF-A的浓度越高。因此VEGF-A在EMs的发生发展中起着关键的作用。有学者提出，腹腔液中大量的促血管生长因子来自于腹腔液中的巨噬细胞［22］，其中包括VEGF。

HMGB1与VEGF蛋白的过表达具有密切的关系，在喉鳞状细胞癌组织中HMGB1与VEGF蛋白的表达明显上调［23］。Sasahira等［24］用重组人HMGB1蛋白作用于口腔鳞状细胞癌细胞后，能促进肿瘤细胞VEGF的表达。研究发现HMGB1能作为一种巨噬细胞激活因子，与有活性的巨噬细胞膜受体结合，间接促进巨噬细胞产生VEGF及其他炎症因子，进而作用于内皮细胞促进其生长［25］。研究还发现，HMGB1除了作用于活性的巨噬细胞外，还能直接作用于内皮细胞，其作用机制可能与HMGB1和一些血管内皮细胞膜上受体的结合有关，例如RAGE［25］。由此推断，EMs患者体内高浓度的HMGB1可直接作用于血管内皮细胞或间接作用于巨噬细胞上的受体，上调NF-κB，促进VEGF-A的生成，VEGF-A作用于内皮细胞，促进血管网的形成，为异位内膜组织的生成、增殖提供了血液供应（图1）。

图1　HMGB1调节巨噬细胞分泌VEGF参与激活内皮细胞

2.3HMGB1通过调节成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）参与EMs新生血管生成内皮细胞的迁移与增殖，需要纤溶蛋白溶酶降解纤连蛋白、糖蛋白等物质的参与。纤溶蛋白溶酶的作用促进了FGF表达的上调［26］。FGF作为一种促血管生成因子，可促进内皮细胞的增殖、迁移以及刺激血管生成。研究发现，HMGB1的上调可促进FGF的表达，从而介导神经血管单元的修复和重建［27］；而阻断HMGB1的表达则可下调FGF的含量［28］，这些证据都提示HMGB1可能通过上调FGF，参与调节EMs中血管的形成。

2.4HMGB1通过调节整合素（integrins）参与EMs新生血管生成整合素是一种跨膜蛋白，能结合不同的细胞外基质蛋白成分或者结合细胞表面受体，在细胞内外环境间转导信号。整合素可介导细胞与纤连蛋白、层黏连蛋白、胶原蛋白等细胞外间质成分的黏附［29］，因此认为整合素在血管内皮细胞的增殖、黏附和迁移中起着促进作用。HMGB1可与内皮祖细胞的RAGE结合后，通过激活Rap1，提高整合素的活性和亲和力；HMGB1也能通过激活Cdc42和Rac，影响整合素的极性以及分布，最终共同提高细胞的黏附和迁移能力［30］。由此推断，HMGB1可能通过提高整合素的活性和亲和力，间接参与血管内皮细胞的迁移与增殖，促进血管生成。

2.5HMGB1通过调节血小板衍生生长因子（plateletderived growth factor，PDGF）参与EMs新生血管生成内皮细胞增殖与迁移后，血管结构的形成还需要募集许多周细胞以及平滑肌细胞。内皮细胞通过分泌PDGF参与完成此过程。PDGF属于VEGF蛋白家族，是一种多肽生长因子。PDGF由血小板、组织细胞和某些肿瘤细胞产生，是多种间质细胞（如成纤维细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞等）的强效促有丝分裂原和重要的血管生长因子之一［31］。其主要功能是促进周细胞迁移和募集分布。在肺纤维化研究中，HMGB1作用于细胞表面的RAGE，可促进PDGF的产生，进而促进病灶的侵袭转移［32］；阻断HMGB1的表达则可抑制PDGF的分泌［28］。由此推断，HMGB1可通过促进PDGF的分泌来促进血管管状结构的形成。

2.6HMGB1通过调节转化生长因子β（transforming growthfactorβ，TGF-β）参与EMs新生血管生成在血管生成过程中，周细胞和平滑肌细胞的增殖分化需要细胞间的相互接触，而介导这个过程需要内皮细胞分泌TGF-β。TGF-β是一种促血管生成因子，其可刺激FGF2的释放，促进VEGF的表达，从而参与血管生成的过程［20］。但TGF-β也可促进细胞的凋亡，参与血管的修剪过程，对血管网最终的形成起着重要的作用［33］。Lynch等［34］发现，HMGB1可作用于内皮细胞的RAGE，促进内皮细胞释放TGF-β，而TGF-β可上调RAGE活性。在肿瘤干细胞的研究中发现，HMGB1与TLR2结合，可促进TGF-β的释放［35］。因此推断HMGB1对TGF-β的释放具有促进作用，间接地促进了新生血管的形成。

2.7HMGB1在EMs中血管生成的潜在作用EMs的血管生成过程中，HMGB1具有枢纽的作用，其高表达可促进血管网的建立，促进病灶的侵袭转移。HMGB1在EMs中的潜在作用机制如下：EMs中坏死损伤细胞和巨噬细胞的含量增加，HMGB1分泌上调。HMGB1可作用于激活的巨噬细胞，使其分泌VEGF-A，促进新生血管的生成。同时，HMGB1也可上调FGF、整合素、PDGF和TGF-β等因子的表达。这些促血管生成因子的募集，有利于新生血管的萌芽、血管内皮细胞的增殖和迁移以及管状结构的成熟（图2）。有研究发现，HMGB1也可以直接作用于血管的内皮细胞介导血管的生成［25］。EMs病灶中新生血管网的形成，促进EMs病灶的生长、侵袭和转移。

图2　HMGB1对EMs新生成的潜在作用机制

3　结语

血管生成在异位子宫内膜组织的生长过程中起着关键作用，只有充足的血液供应才能为内膜组织的生长、浸润和转移提供条件。VEGF及其相关的促血管生成因子在血管生成中发挥重要作用，满足内膜组织不断生长的需要。目前阻断肿瘤血管形成是临床肿瘤治疗研究的热点之一，选择有效的治疗靶点阻断新生血管的形成可限制肿瘤的侵袭和转移。新生血管形成是EMs的重要发病机制之一，寻找阻断新生血管形成的治疗靶点有助于为EMs的治疗提供新的思路。HMGB1除了是促炎症因子外，也是促血管生成因子，在血管生成萌芽、内皮细胞增殖迁移以及管状结构成熟过程中起着促进作用。HMGB1可能参与调节异位病灶新生血管的生成过程，为EMs的发病机制提了供新的科学依据，也为EMs提供了一个新的潜在治疗靶点。国内外尚未见关于HMGB1在EMs中与多种炎症细胞及其产生的细胞因子之间相互作用而激活新生血管生成的机制研究，因而HMGB1有望成为新的研究方向。此外，异位病灶中免疫细胞的功能异常、神经传导信号的分泌异常等，均可潜在直接或间接作用于内皮细胞，促进新生血管形成。而HMGB1与免疫细胞功能的活化、神经纤维的生长及传导信号的分泌均关系密切，提示HMGB1还可能通过免疫调节机制和神经血管生成机制参与EMs中的新生血管形成。关于HMGB1 在EMs中发挥的多重作用，尚有待进一步深入研究。

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［本文编辑秦娟］

Potential Role of HMGB1 in Angiogenesis of Endometriosis

WU Jin-jie，LIANG Yan-chun，YAO Shu-zhong. Grade 2012 in 8-year Medical Education Program of Zhongshan School of Medicine，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510089，China（WU Jinjie）；Department of Obstetrics and Gynecology，The First Affiliated Hospital，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510080，China （LIANG Yan-chun，YAO Shu-zhong）

【Abstract】Angiogenesis is one of the important pathogenesis of endometriosis. Abnormal neovascularization in endometriosis promotes the proliferation，infiltration and migration of ectopic endometrial cells. High mobility group box 1 protein（HMGB1），as an important pro-inflammatory factor，is recently proved to contribute to angiogenesis in different tumors. HMGB1 can promote neoangiogenesis by acting directly on endothelial cells or indirect effects on endothelial cells by vascular endothelial growth factor（VEGF），which is synthesized and secreted by NF-κB-activating macrophages. In addition，HMGB1 also promotes proliferation and migration of endothelial cells by up-regulating the expression of fibroblast growth factor（FGF）and enhancing the activity as well as the affinity of integrins，promotes the secretion of platelet-derived growth factor（PDGF）and then recruits pericytes and smooth muscle cells，activating the formation of vascular tubular structure. Activates the secretion of TGF-β from endothelial cells，finally promoting the maturation of vascular network. Here we review the potential mechanism of HMGB1 underlying the influence of pro-angiogenesis in endometriosis in detail，thus providing a new therapeutic target for endometriosis.

【Keywords】HMGB1 protein；Endometriosis；Neovascularization，pathologic

基金项目：中山大学医科2015年暑期学生科研暨科研小组活动项目（34）

通信作者：姚书忠，E-mail：yszlfy@163.com

Corresponding author：YAO Shu-zhong，E-mail：yszlfy@163.com

收稿日期：（2015-10-08）